초록 ▼

□ 연구내용
○ 방열 소재의 적용을 위한 Diamond 분말의 Ti, Ni, Zr 코팅 최적화
∙ 다이아몬드 계면 개질공정을 위한 Ti, Ni, Zr 코팅의 최적화
∙ 다이아몬드 입도크기별 코팅 균일도 및 코팅 두께 제어 최적화
∙ 다이아몬드의 코팅 종류 및 입도 크기에 따른 열전도도, 열팽창 계수의 특성 변화 연구
∙ 다이아몬드 입도크기별, 코팅 종류에 따른 성형공정 및 상대밀도 향상을 위한 공정 최적화 연구
○ 금속(Al, Cu)-다이아몬드 방열 복합재 제조를 위한 분말복합성형 공정 기술 개발

□ 연구내용
○ 방열 소재의 적용을 위한 Diamond 분말의 Ti, Ni, Zr 코팅 최적화
∙ 다이아몬드 계면 개질공정을 위한 Ti, Ni, Zr 코팅의 최적화
∙ 다이아몬드 입도크기별 코팅 균일도 및 코팅 두께 제어 최적화
∙ 다이아몬드의 코팅 종류 및 입도 크기에 따른 열전도도, 열팽창 계수의 특성 변화 연구
∙ 다이아몬드 입도크기별, 코팅 종류에 따른 성형공정 및 상대밀도 향상을 위한 공정 최적화 연구
○ 금속(Al, Cu)-다이아몬드 방열 복합재 제조를 위한 분말복합성형 공정 기술 개발
- 분말공정에 의한 복합재 제조 기술
∙ 금속/다이아몬드 계면층 개선을 위한 합금 개량설계: Al합금/Cu합금
∙ 다이아몬드 계면 개질공정 최적화: TiC, NiC, ZrC층 개질 및 Cu 도금층 개질
∙ Cu-다이아몬드 분말 혼합공정 최적화 : 입도분포, 배합비
∙ 방열 복합재 분말 성형공정 최적화 기술: Modulus, 성형압력
∙ 방열 복합재 소결공정 최적화 기술: 분위기, 온도, 시간
∙ 금속 용해온도와 압력의 증가에 따른 다이아몬드와 금속 간의 확산반응 연구
∙ 금속-다이아몬드 분말 preform 제작 기술 개발
∙ 다이아몬드 계면 전처리에 따른 열전도율 향상 평가
∙ 다이아몬드 첨가량 변화 따른 열전도도, 열팽창 계수의 특성 변화 연구
○금속-다이아몬드 방열 복합재 제조를 위한 액상복합성형 공정 기술 개발
- VHP(Vacuum Hot Press) 공정에 의한 CuCD, AlCD 복합재료 개발
∙ VHP 실험을 위한 금형의 구조 변형 설계 및 제작
∙ VHP 용 금속-다이아몬드 분말 preform 제작 기술 개발
∙ 용해온도와 압력의 증가에 따른 다이아몬드와 금속 간의 확산반응 연구
∙ 다이아몬드 계면 전처리에 따른 열전도율 향상 평가
∙ 다이아몬드 첨가량 변화 따른 열전도도, 열팽창 계수의 특성 변화 연구
○ 다이아몬드 강화 복합재료의 특성 평가
- 열전도 특성: 열전도도, 열팽창계수
- 물리적 및 기계적 특성: 밀도, 항절강도, 상대밀도
○인공신경망 (ANN: Artificial Neural Networking)을 활용한 공정 최적화 기술 개발
- CuCD, AlCD 복합소재를 활용한 복잡 형상 부품제조 공정 변수와 최종 제품의 기계적 성질이 매칭되는 데이터셋 구성 및 작성
- 기계적 성질과 공정 변수 간의 상관관계 분석
- 상관관계 분석 결과를 기초로 분말성형조건 조정 작업 실시
- 다양한 공정 변수를 받아들이기 위한 다변량 Regression 모델 적용
- AI 모델의 예측정확도 98% 이상까지 글로벌 변수를 변화시켜 모델 최적화 진행
- AI Agent를 통해 예상된 복합소재 특성치를 기초로 성형 실험 실시
○인공지능을 활용하여 4차 산업 혁명의 핵심 분야인 스마트팩토리와 접목 가능한 핵심기술 및 플랫폼 구축
- 참여기업인 이화다이아몬드공업(주)에 기술이전 및 기술검증
- 도출된 최적공정조건의 제조 현장 적용을 통해 feedback 수정 작업 수행
- 국내 금속계 복합재 제조공정 산업에 개발 기술 플랫폼 적용 확대

□ 연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 금속/다이아몬드 계면개선을 위한 합금 개량설계를 통해 금속/다이아몬드의 계면 반응을 활성화시켜 성형체의 고밀도화 및 접합성을 개선(특허출원:2건)
∙ PLS공정을 통한 금속/다이아몬드 복합체의 접합성 증가 및 열전도도 특성이 개선됨(특허출원:2건)
∙ Al & Cu –다이아몬드 방열재의 혼합 조건에 따른 고밀도를 위한 성형공정 최적화
- 인공신경망 (ANN: Artificial Neural Networking)을 활용한 공정 최적화 기술 개발
∙ 재료 특성 실험 이전 상태에서 성형 조건만으로 특성치가 예상 가능하도록 AI Agent를 개발하여, 다양한 공정 변수를 적용한 공정최적화 시간 및 비용 절감
∙ 공정최적화 AI 모델의 예측정확도 98.5% 달성
○ 정량적 성과
○ 기술스펙 달성 성과

□ 기술적 우수성
○ Cu-다이아몬드 방열 복합재 제조를 위한 분말복합성형 공정 기술 개발
- 입도분포 및 배합비에 따른 Cu-다이아몬드 분말 혼합공정의 기술 최적화
- 방열 복합재 소결공정 최적화 및 고밀도화 기술
○ 금속-다이아몬드 방열 복합재 제조를 위한 복합성형 공정 기술 개발
- Vacuum Hot Press 온도와 압력에 따른 다이아몬드와 금속 간의 확산반응 연구
- 다이아몬드 계면 전처리에 따른 열전도율 향상 평가
- 다이아몬드 첨가량 변화 따른 열전도도, 열팽창 계수의 특성 변화 연구

□ 성과활용 계획
○ 금속-다이아몬드 방열 복합재의 연구개발 성과의 지식재산권(특허출원 4건)에 대해 참여기업인 이화다이아몬드공업(주)에 기술이전 및 기술검증
- 특성향상 및 제조비용 저감을 통해 국내 수입대체 및 해외시장 점유율 확대 (국내 시장: 7천억원, 해외시장: 6조 7천억원)
○ 복합소재 성형 현장에서 측정된 공정변수와 소재 특성(열전도도, 열팽창계수, 항절강도, 상대밀도) 데이터를 인공지능 머신러닝에 활용함으로써, 생산 현장의 불량 감소 및 제조 공정 최적화
- 도출된 최적공정조건의 제조 현장 적용을 통해 feedback 수정 작업 수행

(출처 : 요약서 4p)